Néhány nappal ezelőtt Aniruddh Vashisth, a Washingtoni Egyetem professzora publikált egy cikket a Carbon című nemzetközi tekintélyes folyóiratban, amelyben azt állította, hogy sikeresen kifejlesztett egy új típusú szénszálas kompozit anyagot. A hagyományos CFRP-vel ellentétben, amely sérülés után nem javítható, az új anyagok ismételten javíthatók.
A hagyományos anyagok mechanikai tulajdonságainak megőrzése mellett az új CFRP egy új előnnyel is jár, nevezetesen azzal, hogy hő hatására ismételten javítható. A hő képes kijavítani az anyag kifáradásos sérüléseit, és felhasználható az anyag lebontására is, amikor az üzemi ciklus végén újra kell hasznosítani. Mivel a hagyományos CFRP nem újrahasznosítható, fontos egy olyan új anyag kifejlesztése, amely hőenergiával vagy rádiófrekvenciás melegítéssel újrahasznosítható vagy javítható.
Vashisth professzor elmondta, hogy a hőforrás határozatlan ideig késleltetheti az új CFRP öregedési folyamatát. Szigorúan véve ezt az anyagot szénszállal erősített vitrimereknek (vCFRP, Carbon Fiber Reinforced Vitrimers) kellene nevezni. Az üvegpolimer (Vitrimers) egy új típusú polimer anyag, amely ötvözi a hőre lágyuló és a hőre keményedő műanyagok előnyeit, amelyet a francia tudós, Ludwik Leibler professzor talált fel 2011-ben. A vitrimer anyag dinamikus kötéscsere-mechanizmust alkalmaz, amely melegítés hatására dinamikus módon képes reverzibilis kémiai kötéscserét végrehajtani, miközben egészében véve megőrzi a térhálós szerkezetét, így a hőre keményedő polimerek öngyógyítóak és a hőre lágyuló polimerekhez hasonlóan újrafeldolgozhatók.
Ezzel szemben a szénszálas kompozit anyagokként általában szénszálerősítésű gyantás mátrixú kompozit anyagok (CFRP), amelyek a különböző gyantaszerkezet szerint két típusra oszthatók: hőre keményedő vagy hőre lágyuló műanyagra. A hőre keményedő kompozit anyagok általában epoxigyantát tartalmaznak, amelynek kémiai kötései véglegesen egyetlen testté tudják tömöríteni az anyagot. A hőre lágyuló kompozitok viszonylag puha hőre lágyuló gyantákat tartalmaznak, amelyek megolvaszthatók és újra feldolgozhatók, de ez elkerülhetetlenül befolyásolja az anyag szilárdságát és merevségét.
A vCFRP-ben lévő kémiai kötések összekapcsolhatók, leválaszthatók és újra összekapcsolhatók, így „középút” alakul ki a hőre keményedő és a hőre lágyuló anyagok között. A projekt kutatói úgy vélik, hogy a vitrimerek helyettesíthetik a hőre keményedő gyanták szerepét, és elkerülhetővé tehetik a hőre keményedő kompozitok felhalmozódását a hulladéklerakókban. A kutatók úgy vélik, hogy a vCFRP jelentős elmozdulást fog jelenteni a hagyományos anyagoktól a dinamikus anyagok felé, és számos hatással lesz a teljes életciklus költségei, a megbízhatóság, a biztonság és a karbantartás tekintetében.
Jelenleg a szélturbina-lapátok gyártása az egyik olyan terület, ahol a CFRP-t nagy mennyiségben használják, és a lapátok visszanyerése mindig is problémát jelentett ezen a területen. Az élettartam lejárta után több ezer leselejtezett lapát került a hulladéklerakókba, ami hatalmas környezeti hatást gyakorolt.
Ha a vCFRP felhasználható pengegyártáshoz, akkor egyszerű hőkezeléssel újrahasznosítható és újrafelhasználható. Még ha a kezelt penge nem is javítható és újrafelhasználható, legalább hővel lebontható. Az új anyag a hőre keményedő kompozitok lineáris életciklusát ciklikus életciklussá alakítja, ami nagy lépés lesz a fenntartható fejlődés felé.
Ha a vCFRP felhasználható pengegyártáshoz, akkor egyszerű hőkezeléssel újrahasznosítható és újrafelhasználható. Még ha a kezelt penge nem is javítható és újrafelhasználható, legalább hővel lebontható. Az új anyag a hőre keményedő kompozitok lineáris életciklusát ciklikus életciklussá alakítja, ami nagy lépés lesz a fenntartható fejlődés felé.
Közzététel ideje: 2021. november 9.
